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准晶是一种不同于晶体和非晶体的长程固态有序相,其主要特点是非晶体学旋转对称以及长程准周期性。由于准晶硬而脆的特性而不能作为结构材料使用,但由于其独特的准周期结构使它具有高硬度、低界面能、低摩擦系数、耐热、耐蚀等特点,从而使它特别适合作为韧性基体材料中的增强相。采用镁基准晶作为镁合金的增强相,能在很大程度上提高合金的室温和高温力学性能,具有极高的研究价值和广阔的应用前景。ZK60镁合金的强度较高,但由于该合金凝固区间大、共晶温度偏低导致其铸造性能差、热裂倾向严重、缩松、缩孔明显等诸多缺陷,严重阻碍了它的发展和应用。本文正是基于准晶颗粒增强镁基复合材料的思想,利用本实验自制的含球形准晶相的Mg-Zn-Nd中间合金,采用外加法的方式将Mg-Zn-Nd准晶中间合金加入到ZK60镁合金熔体中制备出所需要的合金,然后借助OM、XRD、SEM、EDS等测试手段研究了Mg-Zn-Nd准晶中间合金对ZK60镁合金显微组织与力学性能的影响,其研究结果如下：(1)ZK60镁合金中加入Mg-Zn-Nd球形准晶中间合金之后,合金凝固后的铸态组织除了基体α-Mg、MgZn相、MgZn2相外还出现了新相I相(Mg40Zn55Nd5)。球形准晶中间合金的加入不仅使基体组织细化,而且使MgZn相由半连续网状分布变为断续状分布。(2)由于Mg-Zn-Nd球形准晶中间合金的加入,合金的室温力学性能得到了明显的提高。当Mg-Zn-Nd球形准晶中间合金的加入量为4.0%时,合金的拉伸强度、屈服强度达到了峰值,分别为256.7MPa和178.5MPa,较基体ZK60合金分别提高了17.8%和24.1%。当Mg-Zn-Nd球形准晶中间合金的加入量为1.0%时,合金的伸长率达到了最大值17.8%,较基体合金提高了42.4%,继续增加准晶加入量时,伸长率呈下降的趋势,当加入量为5.0%时达到最低值13.6%,但仍比基体合金提高了8.8%。(3)在冲击韧性方面,随着Mg-Zn-Nd球形准晶中间合金的加入,合金的冲击韧性变化呈现先增加后降低的趋势。当Mg-Zn-Nd球形准晶中间合金的加入量为4.0%时,冲击韧性达到最大值41.1J/cm2,较基体合金提高了19.1%。合金的宏观硬度随准晶中间合金加入量的增加而提高,最大值达到了66.2HB,较基体合金提高了13.4%。由于稀土元素具有对合金熔体净化、改善合金组织、改良铸造性能、提高合金性能等作用,并且对ZK60镁合金的组织和析出相均产生重要的影响,更重要的是为了对比Mg-Zn-Nd准晶中间合金与单质纯Nd元素对ZK60镁合金的强化效果,所以选择了稀土元素Nd、Yb。研究了单独添加和复合添加对ZK60镁合金显微组织与力学性能的影响,其研究结果如下：(1)单独添加稀土元素Nd、Yb至ZK60合金后,在晶界处分别形成了Mg-Zn-Nd和Mg-Zn-Yb三元稀土相,其组织得到了显著细化。而复合添加Nd、Yb后的合金组织中形成了呈网状分布的Mg-Zn-Nd-Yb四元稀土相,并且晶界变厚。(2)经T4固溶处理后,ZK60合金的共晶组织完全溶入基体,晶界消失,而添加稀土元素Nd、Yb后合金的晶界处仍有未溶的化合物存在,并且固溶处理对ZK60-0.2Nd和ZK60-0.2Nd-1.5Yb合金的第二相形态和分布影响不大,而ZK60-1.5Yb合金例外。由于Mg58.32Zn32.24Yb9.44球状颗粒相的析出,ZK60-1.5Yb合金的力学性能得到了较大提高,另外也说明了这种合金适合固溶处理。(3)室温下,ZK60-0.2Nd和ZK60-1.5Yb合金的性能都优于ZK60合金,而ZK60-0.2Nd-1.5Yb合金表现不如ZK60合金。高温条件下,铸态ZK60合金的抗拉强度明显下降,而其他合金的高温力学性能都优于ZK60合金,但ZK60-0.2Nd-1.5Yb合金的高温塑性明显降低。(4)对比Mg-Zn-Nd准晶中间合金与单质纯Nd元素对ZK60镁合金的强化效果发现,Mg-Zn-Nd准晶中间合金对ZK60镁合金拉伸强度和伸长率的提高幅度较加纯Nd元素的ZK60镁合金大。